Korozyona karşı mukavemet

Alüminyum oksijene karşı ilgisi çok fazladır. Hava ile temas neticesinde, kısa zaman oksijen ile birleşerek alüminyum oksit (Al2O₃) oluşturur. Bunun sonucu bütün yüzeyi çok renkli alüminyum oksit tabakası ile örtülür. Alüminyum bu özellikleri korozyona karşı mukavemetini yükseltmektedir. Oluşan bu oksit tabakası su ile yıkamak suretiyle çıkartılmaz. Alüminyum bu özelliği kullanma sahasını genişletmiştir. Soğuk şekil değiştirme korozyon mukavemetini düşürür. Alüminyum saflık derecesi azaldığı takdirde de korozyon mukavemeti düşer. Yabancı elemanlar, korozyon mukavemetini azaltmaktadır [6].

Alüminyum günümüzde demir ve çelikten sonra en çok kullanılan genç bir metaldir.

Son yıllarda alüminyumun imalatta kullanımı daha yaygın hale gelmiş ve çeliğe bir alternatif malzeme olarak görülmeye başlanmıştır. Çelikten sonra günümüz endüstrisinde en fazla kullanılan malzeme olan alüminyum ve alüminyum alaşımları, endüstriyel malzemeler içinde son keşfedilen melallerden biridir ve bu alaşımların kullanım alanının yaygınlaşmasında savunma, otomotiv ve havacılık endüstrisinin büyük bir katkısı olmuştur [8]. Endüstri ve teknoloji geliştikçe, alüminyum kullanımı artmaktadır. Daha hafif, daha sağlam, daha verimli, daha uzun ömürlü ve sonuçta daha ekonomik ürünler için, alüminyum tercih edilmektedir. Uzay araçları dahil olmak üzere hava taşıtları, daha sağlam binalar ve köprüler, elektrik nakil hatları, diğer mühendislik uygulamaları için alüminyum vazgeçilmez bir malzemedir.

Alüminyum endüstrisi; yeni alaşımlar, teknolojik gelişmeler, üretim metotları, ürün tasarımı ve kalite kontrol için araştırma-geliştirme çalışmalarına devam etmektedir [7].

Alüminyum endüstrisinde en çok kullanılan birleştirme yöntemlerinden biriside kaynak yöntemidir. Kaynak yöntemi, endüstrinin birçok sektöründe alüminyumun birleştirilmesinde başarılı bir şekilde ve artarak kullanılmaktadır. Yapılan araştırmalara göre, sadece alüminyumun otomotiv sektöründeki kullanımı esas alındığında, alüminyum kaynak pazarının yıllık artışının % 5,5 oranında artarak devam edeceği tahmin edilmektedir [7].

MIG kaynağı birçok metalin kaynağında kullanılabildiği gibi alüminyumun kaynağında da başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. Fakat alüminyumun kaynağı, çeliğin kaynağına göre farklılıklar ve zorluklar gösterir. Çünkü çeliğe göre daha yüksek ısıl iletkenliğe ve daha düşük erime sıcaklığına sahip olması kaynak sırasında bazı zorluklar göstermektedir. Bu zorluklara rağmen alüminyumun MIG kaynağı, tel

besleme hızı, ark voltajı, ark uzunluğu, gaz tüketimi, kullanılan telin çapı gibi kaynak parametrelerinin kaynaktan önce makine-kontrollü olarak ayarlanabilmesi sayesinde daha kolay bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir [7].

3.1. Alüminyum Kaynak Metotları

Alüminyum; kaynak metodu, birleştirme şekli ve dolgu metali belirlendikten sonra kolay kaynak edilebilen bir metaldir. Alüminyumun kaynağında daha yoğun olarak kullanılan MIG ve TIG metodunun dışında gaz kaynağı, örtülü elektrot kaynağı, plazma kaynağı ve direnç kaynağı metotları kullanılmaktadır. Basit ekipmana ve düşük maliyete sahip olması nedeniyle, bazen saf alüminyumu ve bazı alüminyum alaşımlarını kaynak yapmak için gaz (oksi-asetilen) kaynağı kullanılmaktadır.

Kaynak gazları (yanıcı gaz-oksijen) olarak genellikle asetilen ve oksijen gazları kullanılmaktadır. Alüminyumu örtülü elektrotlar ile elle kaynak yaparak daha yüksek kaynak hızları elde edilir. 8 mm’den kalın malzemeleri kaynak yaparken, gözeneksiz ve iyi bir birleştirme sağlayabilmek için en az 200°C’ye öntav yapılması tavsiye edilir. Kaynak dikişinin korozyon direncini korumak için, tüm curuf kalıntılarının temizlenmesi gereklidir. Alüminyumun kaynağında kullanılan bir diğer önemli kaynak metodu ise gaz altı kaynağıdır. Bu kaynak metodu TIG ve MIG yöntemlerini içermektedir. Bu metotların havayı kaynak banyosundan uzak tutmanın yanında, koruyucu gazın, arkın kararlığı ve sonuçtaki kaynak kalitesi üzerinde çok büyük etkisi vardır. Şu ana kadar Argon ve Helyum asal gazları ayrı, ayrı veya karışımları alüminyumun kaynağında çok iyi sonuçlar vermiştir. Fakat saf Argonun, Ar + He karışımına göre daha sessiz ve kararlı bir arkı vardır. Diğer taraftan Ar + He karışımı kullanımı, aynı kaynak parametrelerinde daha yüksek performanslı kaynak arkı sağlarlar. Ancak MIG veya TIG kaynak yöntemlerinin kullanımı parça kalınlığı, akım şekli gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Ayrıca alüminyumun kaynağında plazma ve direnç kaynağı yöntemleri de kullanılmaktadır [7].

3.2. Alüminyum ve Alaşımlarının MIG Kaynağı

Günümüzde alüminyum konstrüksiyonunda en çok kullanılan kaynak metodu, eriyen elektrotla bir koruyucu gaz veya gaz karışımı atmosferi altında yapılan MIG kaynak tekniğidir [8]. Eriyen elektrot ile yapılan MIG gaz altı kaynağı çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. MIG-yönteminden genellikle aşınma ve korozyon dayanımlı yüzeyler elde edilmesinde yararlanılmaktadır [5].

MIG kaynak yönteminin diğer kaynak yöntemlerine göre, mekanize edilebilme, daha hızlı çalışma, robot kullanma imkânı, çok karmaşık kaynak konstrüksiyonlarında kolay bir şekilde uygulanabilme, her pozisyonda kullanılabilme ve karbonlu çelik, paslanmaz çelik, alüminyum, bakır gibi bütün ticari metallerin kaynak edilebilmesi açılarından birçok avantajlar sağlamaktadır. Ayrıca her geçen gün bu metodun pazar payı yüzdesi artmaktadır. Bu teknik her kalınlıktaki alüminyum ve alaşımları için uygulanabilir olmasına rağmen genellikle 3 mm’den daha kalın alüminyum ve alaşımlarının kaynağında tercih edilen bir kaynak yöntemidir. Çünkü MIG kaynağında kaynak hızı ve ergime gücü diğer gazaltı kaynak yöntemi olan TIG kaynağına göre daha yüksek olduğu için çok ince levhalar ancak darbeli akım yöntemi uygulanarak kaynak yapılır.

Alüminyum ve alaşımları 550-660 ⁰C arasındaki sıcaklık aralığında ergimelerine rağmen ısıl iletkenliklerinin çok yüksek olması nedeni ile kaynak için gerekli ısı girdisi eş kalınlıktaki çeliğin kaynağından daha fazla olmak zorundadır. Alüminyum ve alaşımlarının ısıl genleşme katsayılarının büyük olması, kaynak bölgesinde ısınma ve soğuma sonucu oluşan sıcaklık farkları şiddetli gerilmeler ve büyük çaplı çarpılmaların olmasına neden olur. Alüminyum üzerinde hava ile teması sonucunda oluşan refrakter alüminyum oksit tabakası, alüminyum ve alaşımlarının kaynağını büyük çapta güçleştirir. Doğru akım, ters kutuplama (elektrot pozitif kutupta) ile yapılan kaynakta, banyo üzerinde yüzen oksit tabakası parçalanır ve ancak bu kutuplama ile kaynak gerçekleştirilebilir. Alüminyum ve alaşımlarının MIG kaynağında, malzemenin kalınlığı göz önüne alınmaksızın sprey ark ile kaynak yapmak daima tercih edilir. Sprey arkın yüksek ısı girdisine karşın alüminyumun

yüksek ısıl iletkenliği dolayısı ile kaynak banyosu oldukça çabuk katılaştığından her pozisyonda kaynak yapmak mümkün hale gelmektedir. Yalınız burada oksit tabakasının giderilebilmesi için sola kaynak yöntemi seçilmeli ve dikey pozisyonundaki kaynaklar aşağıdan yukarıya doğru yapılmalıdır. Böylece hem kaynak edilecek bölgelerdeki oksit tabakaları temizlenmiş olur hem de kaynak ağızları iyi bir şekilde ergiyerek uygun bir şekilde kaynak yapılmış olur. Sağa kaynak yöntemi uygulandığında ve dik kaynaklarda yukarıdan aşağıya doğru kaynak yapıldığında gözenekli, kötü görünüşlü ve yetersiz erimeden dolayı tam kaynamamış bölgeler meydana gelir. Kaynak dikişi düz veya dar zikzaklarla çekilmelidir. Geniş zikzaklar kaynak dikişinin aşırı oksitlenmesine neden olduğundan kullanılmamalıdır.

İnce alüminyum levhaların gerek yarı otomatik gerekse de mekanize edilmiş MIG kaynağında genellikle Argon gazı kullanılır. Kalın alüminyum levhaların otomatik kaynağında ise daha sıcak bir kaynak banyosu ve daha iyi nüfuziyet elde etmek için Helyum gazı veya Helyum+Argon gaz karışımı kullanılır. Alüminyum alaşımlarının ısıl iletkenliğinin yüksek olması özellikle kalın parçalarda kaynak bölgesinin şiddetli soğumasına neden olur. Bu bakımdan kalın ve bilhassa döküm alüminyum parçala kaynak öncesi öntav uygulamak gerekir. Genellikle 15 mm’den daha kalın parçalara uygulanan öntav sıcaklığı 200 ⁰

DATK (elektrot +) kullanılır. Argon korumasıyla bu akım ve bağlantı, kaynak banyosunun önünde ana metalin üstündeki oksit yüzeyini parçalar. Bu temizleme etkisinin, ana metal levhasını terk eden elektronlar ya da levhaya çarpan asal gaz iyonları veya bu iki olayın birlikte vaki olmasına bağlandığı sanılır.

C’yi geçmemelidir. Dövme alüminyum alaşımlarında genel olarak öntav yerine daha yüksek akım şiddeti ve ark gerilimi ile daha yüksek ısı girdisi sağlanır. Soğuk şekil değiştirme veya ısıl işlem ile sertleştirilmiş alüminyum parçaların kaynak bölgesinde, sonradan kazanılmış olan bu sertlikte bir azalma görülür, bu bakımdan ısıl işlem ile sertleştirilmiş alüminyum alaşımlarına kaynak öncesi, bir çözeltiye alma tavı uygulanır ve kaynak sonrası tekrar ısıl işlem uygulanarak sertleştirilir [7].

DATK'ın etkisi, elektrotun yönü ne olursa olsun, ilâve metali arkın içinden elektrotun ekseni çizgisinde sevkeder. Bu nedenle ve alüminyumun özgül ağırlığı, yüzey gerilimi ve soğuma temposu dolayısıyla, yatay, dik ve tavan kaynakları

nispeten kolay gerçekleşir. Yüksek terk etme oranları mutat olup sair ergitme yöntemlerine göre daha az distorsiyon, daha yüksek kaynak mukavemeti ve daha düşük maliyet elde edilir. MIG yönteminin bir karakteristiği olan enerjinin verimli kullanılışı, çoğu kez ön ısıtmayı gereksiz kılar. Dolayısıyla süreç kalın Al kesitlerinin kaynağında geniş ölçüde uygulanır. Sıradan imalâtta l,6 mm'ye kadar incelikte alüminyum, MIG kaynağıyla birleştirilir [9].

MIG kaynak yönteminin uygulanması çok basittir. Toprak kablosunu iş parçasına veya kaynak masasına bağlayarak ve torç ucundaki tel elektrotu kaynak ağzına değdirerek ark oluşturulur. Makine telin ilerlemesini ve uygun ark boyunu otomatik olarak sağlar. MIG kaynağı, uygulama kolaylığı nedeniyle bütün demir dışı metal ve alaşımların kaynağında çok popüler ve aranılan kaynak yöntemi haline gelmiştir.

MIG yöntemindeki ark bölgesi şematik olarak Şekil 3.1’de gösterilmiştir

Şekil 3.1. MIG yöntemindeki ark bölgesi

Bu yöntemde kaynak arkı Şekil 3.1’de de görüldüğü gibi iş parçası ile aynı zamanda ilave metal olan, tükenen tel elektrot arasında oluşur. Alüminyumun MIG kaynağı doğru akım, elektrot pozitif kutupta yapılır. Bu kutuplama sprey damla geçişi olarak adlandırılır ve asal gaz atmosferi (Ar veya He veya Ar/He karışımı) altında korunur.

MIG kaynak yöntemi kalın çaplı tel elektrot kullanarak daha kararlı hale getirilebilir.

Tel elektrotun düzgün olarak kaynak bölgesine iletilebilmesi için teflon spiral kullanılmalı, kılavuzlar ve tel sürme makaralarının yuvaları U biçimli olmalı, kontakt meme daha uzun olmalı ve iç çap toleransının daha fazla olması gerekir [7].

Çeliklere nazaran alüminyum malzemeleri kaynak yaparken, bu malzemeye özgü bazı özellikler dikkate alınmalıdır. Alüminyum malzemeler, çeliklere göre daha yüksek ısı iletkenliğe sahip olduğundan, kaynak nüfuziyeti daha düşük ve kaynak banyosunun gazlardan arınması daha geç olur. Alüminyum ve alaşımlarının ısıl genleşme katsayılarının büyük olması kaynak bölgesinde ısınma ve soğuma dolayısıyla oluşan sıcaklık farkları şiddetli iç gerilmeler ve büyük çaplı çarpılmalar ortaya çıkar [7].

Sonuç olarak, kaynak dikişinde yetersiz ergime ve gözenekler oluşabilir. İş parçasını ön tav yaparak ve kalın kesitli malzemeleri kaynak esnasında da tavlayarak, bu tür kaynak hataları önlenebilir.

Kaynağa başlamadan önce, yüzeydeki alüminyum-oksit tabakası kaynak bölgesinden frezeleme yoluyla veya paslanmaz çelik fırça ile fırçalayarak tamamen temizlenmelidir.

Kaynak ağzı yüzeyleri ve kaynağa yakın bölgeler (kaynak ağzının en az 50 mm yakını) temiz, yağsız ve kuru olmalıdır. İyi bir depolama ve mekanik işlemler sonrası kaynak yüzeylerinin özel bir yağ çözücü ile temizlenmesi, bu tür hazırlık işlerini kolaylaştırır. Bunların yanında, alüminyum malzemelerin kaynağında kullanılan el aletleri yalnız bu malzemeler için kullanılmalıdır

MIG yöntemi ile 4 mm’den büyük kesit kalınlığına sahip malzemeleri alın kaynağını veya köşe kaynağını tek pasoda yapmak mümkündür. Yüksek kaynak akımı ve güçlü bir nüfuziyet nedeniyle 6 mm’ye kadar kalınlığa sahip malzemelerde kaynak banyosunu desteklemek için kaynak altlığı kullanılır

Ayrıca alüminyum ve alüminyum alaşımlarının MIG kaynağı için önerilen bazı parametreler Tablo 3.1’de görülmektedir.

Tablo 3.1. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının MIG kaynağı için önerilen bazı parametreler

Kaynak bağlantısının kalitesini belirleyen seçilen kaynak parametreleridir. Bu nedenle uygun kaynak parametreler seçildiği taktirde alüminyum ve alaşımlarının kaynağında, MIG kaynak yöntemi başarılı ve geniş kapsamlı olarak birçok sektörde uygulanabilmekte ve uygulanabilirliliği de gün geçtikçe artacak gibi görünmektedir.